数字化变电站网络接入与规划研究

摘要：数字化变电站逐渐成为变电站的发展新方向，是常规到数字信息化的转变，依托信息技术的数字化发展，其网络构架作为核心，并随着信息化技术的发展而不断深入。数字化变电的基本网络主要通过功能结构与物理结构，分析其中关于EIC61850以及GOOSE网络关健技术与设备的应用，通过网络冗余方案参考现代数字化变电站的特征功能与要求，设计规划数字化变电站虚拟局域网络。

关键词：数字化变电站；网络关键技术；设计规划；信息技术；网络构架 文献标识码：A

中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2015）01-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0015

1 数字化变电站概况

随着常规模式下自动化变电站的不断完善，变电站的自动化系统得以推广普及，在提高电网质量、改善电网结构方面起到很好的促进作用。在自动化变电站的二次设备的问题中，设备的互换性与网络通信的归属约定等方面的统一凸显出来，具体表现为设备兼容性差：网络安全模式差异性，无法在变电站以外的地点使用，一定程度上阻碍同一区域内不同变电站的相互联系与变电站自动化组网的铺设。数字化变电站的三大特征：一次设备数字化、二次设备网络化、数据平台标准化，伴随着电子互感以及光学互感等一次设备技术的不断成熟，计算机网络通讯技术的应用逐渐加深，二次设备的沟通性与维护工作得到改善，进一步加快了数字化变电站的发展步伐。

随着市场经济的不断发展，数字化变电站所带来的优势愈来愈明显，计算机网络应用的IEC61850标准通信体系不断完善，给予相同通信系统的制作与研究，二次设备的网络进程已经初见雏形，但是并没有满足数字化变电站市场不断提升的需求，网络结构的优化以及组网的建设都在基于过程层、站控层、对时网络三种结构进行数字化变电站的网络规划设计。

2 数字化变电站关键技术和设备的应用

IEC61850作为数字化变电站的理论基础，加上一次设备其中包括电子互感器与智能断路器等必备设备以及计算网络技术的应用以保证信息安全可靠地传递与交流，

这些关键技术和设备构成了数字化变电站系统的基础。

2.1 电子式互感设备的应用

ECT电子式互感器是采用法拉第电磁效应的罗柯夫斯基线圈光电式无源电流互感器。这种电子式互感设备的特点：无磁饱和、抗电磁干扰能力强、调节范围广、测量精度高、安全性能好。

电子互感器通过合并单元与扩展专用传感器单元为接口。其中合并单元用来同步采集多路电子互感器的输出数字信号，转换信息数据格式并发送至二次设备上，通过EIC61850-g-1的串行单向多路点对点链接，合并单元大于12则通过EIC61850-9-2的方式重新合并数据并组织发送新的合并数据模型。国际电工委员会定义的射频拉远单元功能上能进行输出模拟量并将输出模拟量数字化，由此可见设备功能灵活多变，接口多元化配合度较高。

2.2 智能断路器

智能断路器是通过综合微电子技术、计算机技术以及传感器技术的二次系统设备。智能断路器在操作机构上使用电子操动与机械操动的综合操作。机械储能为电容储能，变频器通过电机直接进行驱动，由于机械系统的可靠性较高，通过自动化系统地调整断路器的运动特性，重合闸的智能操作分合闸相角控制、相合闸的同步分断得以实现，并通过自动化系统进行网络在线实时

监测。

2.3 计算机网络技术的应用

目前国外研究，网络信息量在小于25%负荷的情况下，以太网足以满足变电站对网络实时通讯的需求，并解决工业以太网的实时性问题。在实时以太网中分有实时节点与非实时节点两种，按优先级排序的实时节点决定了竞争信号的坚持发送，或是信道让与优先级更高的节点。非实时节点中在处理优先级冲突时，会在发送完竞争信号之前停止后续信号的发送。具有仲裁功能的总线竞争机制，使得实时节点的信息通讯能得到有效传输，换个角度看来，加大以太网流量使用千兆的局域网路能进一步简化数字化变电站内外的数据传输。

3 数字化变电站的规划设计

3.1 网络结构的建立接入

数字化变电站自动化系统通过过程总线以及站级总线进行通信连接。一次设备如断路器、互感器、变压器的隔层装置的智能化，站级总线的数据处理在与电站层和间隔层之间的双向信息交换处理。

3.1.1 过程网络。在智能变电站早期的工作中，一般采用点对点直采直跳的网络结构，采用电缆连接，常规的电子式互感设备通过电磁互感器进行合并单元直连。另外保护装置中的交换机不通电流与电压，连接到合并单元，智能终端直接控制继电保护，测控装置的遥测量和遥控命令在组网下采用双套配置，能够有效地保护环节之间的可靠性，但是双套配置的有线铺设导致了接口处电缆较多，集中处容易产生发热，影响线路安全，对维护工作造成一定影响。

3.1.2 GOOSE组网网络结构。点对点的电流与电压的遥测量采集，在GOOSE组网环境主要工作在过程层中，在规划过程中，保护装置与测控装置直接和合并单元连接，电压、电流数据不经过交换机，继电保护装置及重合指令测控等均是通过过程层GOOSE网交换机智能操作箱来完成转发，同双套配置的结构相比，GOOSE组网的结构上大大简化了直跳模式带来的光缆量过多的问题，在二次设备网络化的目标上进一步完善。

3.1.3 双网结构。在220kV的网络架构中，由于母线保护录波器以及智能开关技术的局限，通常设计规划中采用智能控制单元辅助传统开关实现智能开关的部分功能。保护1连接到A网，保护2连接到B网，A网与B网在物理层面上独立开来。ICU在配置是保持与保护相呼应，ICU上链接两套保护装置。双网络的结构以及ICU上的保护装置同样相互独立开来，双重配置的网路结构独立工作。当其中一个网络，例如与GOOSE-A网相连的设备出现问题时，相独立的GOOSE-B网能够避免影响继续工作。由于母线保护收集的采样数据多间隔，使得各间隔的MU之间输出数据要另外通过数据集中器传输给母线保护。测控设备和录入设备由于要对GOOSE双网的数据均要采集，因此采用设备双网口同时接入GOOSE双网。

3.2 变电站设备配置与选择要求

数字化变电站的重要基础在上文的叙述中就提到了电子式互感器以及智能断路器等一次设备。有源互感器设备在电子式互感器中的工作稳定性较好、结构简单，在国外自动化系统中得到了广泛的普及与推广，而光学互感器主要应用在高压领域中，其优势明显，因此随着技术日新月异的发展，220kV变电站的电压等级前提下，一般使用有源互感器设备，相对于电子互感器设备，智能断路器的智能开关设备技术不够成熟，在国内市场中主要使用国外的产品设备，导致兼容性与维护性较差，针对这种情况国内变电站规划中一般使用常规开关设备改造，通过加装智能化开关，实现智能化控制。GIS设备集成度在智能化技术领域技术相对成熟，国内针对GIS设备的使用设计专门的智能化控制设备。相对主变端口来说，具体的设计方案是在主变端口的箱内加装智能控制单位，用来完善主变信号中开关控制以及非电量有载的数字化传送。

参考文献

[1] 高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 方丽华.数字化变电站技术丛书：设计分册[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3] 张沛超，高翔.数字化变电站系统结构[J].电网技术，2006，30（24）.

作者简介：任子财（1979—），男，广东鹤山人，广东电网有限责任公司江门供电局工程师，研究方向：变电运行。

（责任编辑：周 琼）